JPS63178459A - 固体電解質燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 本発明は、固体電解質燃料電池の改良に関する。

［従来の技術１ 周知の如く、広く一般に知られている円筒型固体電解質
燃料電池（以下、５ＯＦＣという）の代表的なものとし
て、特開昭５２−１２１７４３号（従来例１）及び特開
昭５７−１３０３８１号（従来例２）が知られている。

（イ）従来例１ 第６図〜第８図を参照して説明する。

第６図中の１は、単電池である。この単電池１は、第７
図に示す如く燃料電極２．固体電解質議３、インタコネ
クタ４及び燃料電極５を積層して構成され、かかる構成
の単電池１が複数個基体管６の上に直列に配置された構
造となっている（以下、スタック７という）。そして、
スタック７は、基体管６の上にコーティングした金属膜
及び酸化物膜の２層液［１８を設け、更に水冷した金属
端子９を介して第８図に示す如く電流を取出す構造とな
っている。

（ロ）従来例２ 第９図及び第１０図を参照して説明する。

第１０図において、１１は基体管であり、この基体管１
１の上に酸素電極１２、固体電解質膜１３、インタコネ
クタ１４及び燃料電極１５を１組積層して単電池を構成
している。ここで、単電池同志は、縦方向、横方向に金
属フェルトを介して電気的に接続されている。そして、
第９図に示す如く電池列の両端の単電池から金属フェル
ト及び母４１１１６を介して電流を取出す構造となって
いる。なお、図中の１７は導線、１８は半径部、１９は
弓形部材である。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、従来例１，２によれば、以下に述べる問
題点を有する。

（イ）従来例１の場合 ■５ＯＦＣは約１０００℃の高温で運転する必要があり
、発電装置も含めたトータルとしての燃料熱効率の向上
には、ａ）いかにして高温の発電部の熱を保存、即ち発
電部以外への熱の放散を少なくするか、及びｂ）高温の
廃ガスの熱をいかに利用するか、ということが非常に重
要である。しかし、従来例１では、ガス給排気を兼ねた
基体管６０両端を水冷した金属端子９に固定する為、こ
の方向への熱の放散が非常に大きく、発電部加熱に多大
なエネルギを必要とする。

■廃ガスを室温近くまで冷却されており、その熱の再利
用は燃料熱効率という点ではほとんど期待できない。

■５ＯＦＣでは１電池当りの起電力が約０．９■と低い
ため、いかに電池の抵抗を。小さくして大きな出力を得
るかということが重要で、固体電解質膜３の！１１Ｉ化
、酸素電極材料の改良、電池構造（例えば単電池の長）
の改良等の工夫を行ない、１電池当りの抵抗を０．１０
０程度としている。

しかし、従来例１では、５ＯＦＣの運転温度から水冷し
て空温に近い温度になった金属端子９まで基体管６に積
層した２１１被膜８で導電させるという構造を採用して
いる為、基体管６の１０００℃から室温までの温度変化
及び熱応力を考慮して数１０ｃｍ単位の長さが必要にな
る。しかも、金属材料の電気抵抗（固有抵抗）は第４図
に示すように、温度が高くなると室温に於ける値に比べ
かなり大きくなる傾向にある。以上より、電極取り出し
部の抵抗も無視できない程度に大きくなり、トータルと
して出力端での５ＯＦＧの出力を下げることになる。

（０）従来例２の場合 ■金属フェルトを機械的に挟み込んだ構造となっており
、製作及び運転時に基体管１１の距離が変化したり金属
が変形した場合、電気的接続が悪くなることがある。

■従来例２は、基体管１の内側に酸化剤、外側に燃料を
流して還元雰囲気下で電池同志の接合及び電流取出しを
行っているが、基本構造が実質上制限される。そして、
発電装置側に燃料を流すため防爆対策が必要となる。し
かし、Ｈ２などの燃料は１０００℃等の高温では金属中
でも透過するので、防爆対策は簡単ではなく設備が大が
かりとなる。

■水、二酸化炭素等の電解セルを考える場合、酸化雰囲
気での電気的接合は不可欠であり、金属フェルトのみで
は電流を流すことが出来ない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、高温酸化（
還元）雰囲気での電流取出しを可能にするとともに、電
池、スタック間の電流リード部の抵抗を小さくし得る固
体電解質燃料電池を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、基体管上に複数の単電池を構成してなるスタ
ックと、このスタックに接続して電流を取出すリード線
とからなる固体電解質燃料電池において、前記スタック
同志及びリード線との接触部に耐高温で耐酸化性の導電
金属層を設けることを要旨とする。

［作用コ 本発明によれば、電池（又はスタック）同志の電気的結
合及び外部への電流取出しにＮｉ、Ａ。

等の酸化、還元いずれの雰囲気にも強いリード線を用い
、かつこのリード線の接触部にＰｔ、ＡＱなどの貴金属
をコーティング、ペースト塗布等の方法で取付けること
により、高温酸化雰囲気（又は還元雰囲気）での接触部
での電気抵抗を事実上無視出来る程度に小さくできると
ともに、高温酸化雰囲気、還元雰囲気いずれの雰囲気に
おいても接触抵抗がほとんど問題にならなくなる。従っ
て、その基体管の外側に酸化剤を流すことも、燃料を流
すことも可能となり、装置設計も容易になる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図を参照して説
明する。ここで、第１図は本発明に係る固体電解質燃料
電池の説明図、第２図は第１図のＡ部の断面図、第３図
は８部の断面図である。

図中の２１は、多孔質アルミナ基体管である。

この基体管２１の上には、ＮｉＯからなる厚さ１００ｍ
の燃料電極２２、ＹＳＺからなる厚さ約１００−の固体
電解質１１２３、Ｎ１−Ａｆｆｉからなる厚さ約１００
ＩＩＩＬのインタコネクタ２４及びＬａＣｏ０ｉからな
る厚さ約１００ｍの酸素電極２５が設けられている。こ
のように、前記基体管２１上には単セルが複数直列に配
置された構造即ちスタック２６となっている。かかるス
タック２６は１段づつ向きを替えて配置し、スタック両
端の電池にはＰｔなとのペースト２７を介して例えばＮ
１からなるリード線２８ａ、２８ｂが接続されている。

なお、図中の２９は緻密膜である。

次に、こうした構造の燃料電池の製法について説明する
。

■まず、前記基体管２１の上に、燃料電極２２゜固体電
解質膜２３．インタコネクタ２４及び酸素電極２５をプ
ラズマ溶射、アセチレン溶射等で夫々所定厚積層し、ス
タック２６を形成する。

■次に、上記スタック２６を１段づつ向きを替えて配置
し、スタック両端の電池に前記リード線２８ａ、２８ｂ
を巻きつける。ここで、リード線の太さ、本数はこのリ
ード線の電気抵抗の目標値から逆に決める。

■次いで、前記リード線巻付は部に前記ペースト２７を
塗布する。ここで、ペーストを作る際、有機溶媒を使っ
ている場合はペースト塗布後その溶媒が飛ぶ温度で脱脂
処理を行う。

以上の状態で全体を１０００℃に加熱し、基体管２１の
内部に燃料を、外側に酸素または空気を供給すると、電
気化学反応により直接電気がリード線２８ａ、２８ｂ間
に得られる。

しかして、上記実施例に係る固体電解質燃料電池によれ
ば、Ｎｉからなるリード線２８ａ。

２８ｂを用い、その接触部にｐｔからなるペースト２７
を塗布した構造となっているため、以下に述べる効果を
有する。

〈イ）高温酸化雰囲気（又は還元雰囲気）での電流取出
しが可能になる。

（ロ）上記（イ）から基体管２１の外側に酸素又は空気
を流すタイプの５ＯＦＣにおいても冷却することなしに
高温領域から電流を取出すことが出来る。従って、発電
部の加熱が容易になるとともに、高温の廃ガスの再利用
が可能になる。また、高温域で隣接する電池、スタック
と接続できるため、電池、スタック間の電流リード部の
抵抗が従来より小さくなり、出力が大きくなる。

（ハ〉酸化、還元いずれの雰囲気でも電流取出しが可能
となることにより、装置設計が容易となる。

なお、上記５ＯＦＧにおいて、その使用温度は１０００
℃であるため金属の融点及び耐酸化性の点からリード線
の材料としてＮｌ、Ｐｔなどが考えられが、これらの金
属の電気固有抵抗は第４図に示す様に大きい。一方、Ａ
ｇは責な金属で耐酸化性があり、電気固有抵抗な低く価
格も比較的易いが、融点が９６１℃と５ＯＦＣの運転温
度より低い為、第１図〜第３図のように電池に直接接続
する場合には使えない。しかし、第４図に示すように従
来例１と同様の方法で金属被膜で８００ｍ程度の所まで
導電した後、ＡＱ線４１で配線すると、Ｎ１線に比べよ
り細い線径のリード線で電流を取出すことができる。ま
た、同様に８００ｍ程度より低い温度域で電気的接続を
行う場合、その接合部に塗布する金属としてはＡＱ材料
で十分であり、Ｐｔ材料に比べ大幅なコスト低減が可能
となる。更に、上記実施例ではＡＱ材料をペーストにし
て塗布したが、この他スタック側又はリード線側に溶射
又はメッキなどの方法によりコーティングする方法でも
よい。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く本発明によれば、高温酸化（還元）雰
囲気での電流取出しを可能にするとともに、電池、スタ
ック間の電流リード部の抵抗を小さくし得る固体電解質
燃料電池を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る固体電解質燃料電池の説明図、第
２図は第１図のＡ部の断面図、第３図は第１図のＢ部の
断面図、第４図は各種金属の固有抵抗と温度との関係を
示す特性図、第５図は固体電解質燃料電池の全体図、第
６図は従来例１の固体電解質燃料電池に係る単電池の配
列状態の説明図、第７図は同固体電解質燃料電池の断面
図、第８図は同固体電解質燃料電池の電流取出し状態の
説明図、第９図は従来例２の固体電解質燃料電池の電流
取出し状態の説明図、第１０図は同固体電解質燃料電池
の単電池の斜視図である。 ２１・・・多孔質アルミナ基体管、２２・・・燃料電橋
、２３・・・固体電解質膜、２４・・・インターコネク
タ、２５・・・酸素電極、２６・・・スタック、２７・
・・ペースト、２８　ａ　、　　２８　ｂ−ＩＪ　−ｔ
’線。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第４図 第５図 し、２」 第６図 第７図 １つ 、９図　　　　　　第１Ｏ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基体管上に複数の単電池を構成してなるスタックと、こ
   のスタックに接続して電流を取出すリード線とからなる
   固体電解質燃料電池において、前記スタック同志及びリ
   ード線との接触部に耐高温で耐酸化性の導電金属層を設
   けることを特徴とする固体電解質燃料電池。